高中物理新課標(biāo)版人教版選修3-5精品課件：185《激光》

1、新課標(biāo)人教版課件系列高中物理選修選修3-53-518.5激光教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) v1、知識(shí)與技能、知識(shí)與技能v（1）了解激光產(chǎn)生的機(jī)理；（2）通過閱讀，收集整理相關(guān)資料，認(rèn)識(shí)激光器的構(gòu)成和常見激光器。v2、過程與方法、過程與方法v（1）通過課外閱讀，收集整理有關(guān)激光應(yīng)用的資料，培養(yǎng)加工處理信息的能力；v（2）通過對(duì)激光的特點(diǎn)及應(yīng)用的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。v3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過對(duì)激光應(yīng)用的學(xué)習(xí)，使學(xué)生感受到科學(xué)知識(shí)的無究力量，培養(yǎng)熱愛科學(xué)的品質(zhì)。v教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：激光產(chǎn)生的機(jī)理。v教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：激光產(chǎn)生的機(jī)理。v教學(xué)方法：教學(xué)方法：教師啟

2、發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。v教學(xué)用具：教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。2E1E發(fā)光前發(fā)光前h發(fā)光后發(fā)光后 1916年愛因斯坦在玻爾能及理論基礎(chǔ)上提出年愛因斯坦在玻爾能及理論基礎(chǔ)上提出輻輻射的量子理論射的量子理論，是產(chǎn)生激光的基本原理。，是產(chǎn)生激光的基本原理。hEE12 普通光源普通光源（白熾燈、日光燈、高壓（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）的發(fā)光過程為水銀燈）的發(fā)光過程為自發(fā)輻射自發(fā)輻射。各原。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨(dú)立，頻率、子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨(dú)立，頻率、振動(dòng)方向、相位不一定相同振動(dòng)方向、相位不一定相同為為非相非相干光干光。光子的頻率為光子的頻率為2E1E吸收前吸收前h吸收后吸收后

3、2E1E發(fā)光前發(fā)光前hh發(fā)光后發(fā)光后h 當(dāng)外來光子的頻率滿足當(dāng)外來光子的頻率滿足 時(shí)，使原子中處于高能級(jí)的電子在外來光子時(shí)，使原子中處于高能級(jí)的電子在外來光子的激發(fā)下向低能級(jí)躍遷而發(fā)光。的激發(fā)下向低能級(jí)躍遷而發(fā)光。12EEh 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 受激輻射產(chǎn)生的光子與外來受激輻射產(chǎn)生的光子與外來光子具有相同的特征：它們的頻率、相光子具有相同的特征：它們的頻率、相位、振動(dòng)方向均相同。位、振動(dòng)方向均相同。光放大光放大相干光相干光（激光）（激光）一、激光一、激光 1 1、概念：、概念：激光準(zhǔn)確內(nèi)涵是激光準(zhǔn)確內(nèi)涵是“輻射的受激發(fā)射的光放輻射的受激發(fā)射的光放大、大、”。 英文全稱為英文全稱為Light Ampl

4、ification by Stimulated Emission of Radiation 縮寫為縮寫為LaserLaser，中文也常音譯為，中文也常音譯為“鐳射鐳射”。 2 2、產(chǎn)生機(jī)理：、產(chǎn)生機(jī)理： 激光的產(chǎn)生原理是利用了物質(zhì)激光的產(chǎn)生原理是利用了物質(zhì)原子受激輻射后原子受激輻射后發(fā)生躍遷發(fā)生躍遷的特性。的特性。 特點(diǎn)特點(diǎn)作用作用應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例相干光相干光 可進(jìn)行調(diào)制、傳遞信息可進(jìn)行調(diào)制、傳遞信息光纖通信光纖通信平行度平行度非常好非常好傳播很遠(yuǎn)距離能保持一定傳播很遠(yuǎn)距離能保持一定強(qiáng)度，可精確測距測速強(qiáng)度，可精確測距測速激光雷達(dá)激光雷達(dá)可會(huì)聚于很小的一點(diǎn)，記可會(huì)聚于很小的一點(diǎn)，記錄信息密度高

5、錄信息密度高DVDDVD、CDCD、VCDVCD機(jī)，機(jī)，計(jì)算機(jī)光驅(qū)計(jì)算機(jī)光驅(qū)亮度高亮度高可在很小空間短時(shí)間內(nèi)集可在很小空間短時(shí)間內(nèi)集中很大能量中很大能量激光切割、焊接、激光切割、焊接、打孔醫(yī)療手術(shù)打孔醫(yī)療手術(shù)產(chǎn)生高壓引起核聚變產(chǎn)生高壓引起核聚變?nèi)斯た刂凭圩兎慈斯た刂凭圩兎磻?yīng)應(yīng)受激輻射：光子數(shù)受激輻射：光子數(shù)受激吸收：光子數(shù)受激吸收：光子數(shù)粒子數(shù)正常分布時(shí)，當(dāng)2112NNEE2E1E 粒子數(shù)正常分布：粒子數(shù)正常分布： 受激吸收占優(yōu)勢，發(fā)受激吸收占優(yōu)勢，發(fā)生其他兩種過程的幾率很小。生其他兩種過程的幾率很小。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布時(shí)，當(dāng)1212NNEE2E1E粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布： 受激輻射占優(yōu)勢

6、，光通過工作物質(zhì)后受激輻射占優(yōu)勢，光通過工作物質(zhì)后得到加強(qiáng)，獲得光放大。得到加強(qiáng)，獲得光放大。12NN 實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（1）激活介質(zhì)）激活介質(zhì)一般情況：大量原子處于基態(tài)，而處激發(fā)態(tài)一般情況：大量原子處于基態(tài)，而處激發(fā)態(tài)的時(shí)間很短，約為的時(shí)間很短，約為 ，不穩(wěn)定。，不穩(wěn)定。 s810 亞穩(wěn)態(tài)：亞穩(wěn)態(tài)：不如基態(tài)穩(wěn)定，但比激發(fā)態(tài)不如基態(tài)穩(wěn)定，但比激發(fā)態(tài)要穩(wěn)定得多，如要穩(wěn)定得多，如232COONdArNeHe， 具有亞穩(wěn)態(tài)的工作物質(zhì)，就能實(shí)現(xiàn)粒具有亞穩(wěn)態(tài)的工作物質(zhì)，就能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)子數(shù)反轉(zhuǎn)。 （2）抽運(yùn)裝置：）抽運(yùn)裝置：它是使激活介它是使激活介質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的裝置。質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的裝置。 從外界

7、輸入能量（如光照、從外界輸入能量（如光照、放電等）。放電等）。 要獲得具有一定壽命和強(qiáng)度的激光，要獲得具有一定壽命和強(qiáng)度的激光，必須加光學(xué)諧振腔。必須加光學(xué)諧振腔。V全反射鏡全反射鏡部分透光部分透光反射鏡反射鏡激光光束激光光束 例：例：紅寶石紅寶石：在人工制造的剛玉在人工制造的剛玉（ ）中，摻入少量的鉻離子（）中，摻入少量的鉻離子（ ）而構(gòu)成晶體。起發(fā)光作用的是鉻離子。而構(gòu)成晶體。起發(fā)光作用的是鉻離子。32OAl3Cr紅寶石中鉻離子能級(jí)圖紅寶石中鉻離子能級(jí)圖3E1E2E激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)基態(tài)基態(tài)產(chǎn)生激光產(chǎn)生激光1EsE8310受激吸收受激吸收強(qiáng)光照射強(qiáng)光照射3EsE3210無輻射躍遷無輻

8、射躍遷放出能量放出能量（紅寶石發(fā)熱）（紅寶石發(fā)熱），形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)直到12NN 激光工作物質(zhì)激光工作物質(zhì)全全反反射射鏡鏡半半反反射射鏡鏡激光工作原理激光工作原理：out光放大原理光放大原理激光器有兩個(gè)反射鏡，它們構(gòu)成一個(gè)光學(xué)諧振腔。激光器有兩個(gè)反射鏡，它們構(gòu)成一個(gè)光學(xué)諧振腔。激勵(lì)能源激勵(lì)能源 全反射鏡全反射鏡部分反射鏡部分反射鏡激光激光光學(xué)諧振腔的作用：光學(xué)諧振腔的作用： 1. 1.對(duì)方向進(jìn)行選擇（對(duì)方向進(jìn)行選擇（/軸線光放大），軸線光放大）， 使激光具有極好的使激光具有極好的方向性方向性； 2. 2.來回反射多次放大（延長了工作物質(zhì)），來回反射多次放大（延長了工作物質(zhì)）， 增強(qiáng)光放大作用，形

9、成增強(qiáng)光放大作用，形成強(qiáng)光強(qiáng)光 3. 3.在腔內(nèi)形成駐波的光放大，在腔內(nèi)形成駐波的光放大， 使激光具有極好的使激光具有極好的單色性單色性（相干性）（相干性）（諧振腔有選頻作用）X射線激光器射線激光器激光打孔激光打孔練習(xí)練習(xí)1.1.在激光器中利用光學(xué)諧振腔在激光器中利用光學(xué)諧振腔（1 1）可以提高激光束的方向性，而不能提高其單色性。）可以提高激光束的方向性，而不能提高其單色性。（2 2）可以提高激光束的單色性，而不能提高其方向性。）可以提高激光束的單色性，而不能提高其方向性。（3 3）可以同時(shí)提高激光束的方向性和單色性。）可以同時(shí)提高激光束的方向性和單色性。（4 4）不能提高激光束的方向性，也不

10、能提高其單色性。）不能提高激光束的方向性，也不能提高其單色性。答案：答案：（3 3）練習(xí)練習(xí)2.2.激光全息照相技術(shù)主要是利用激光的哪一種優(yōu)良特性激光全息照相技術(shù)主要是利用激光的哪一種優(yōu)良特性（1 1）亮度高）亮度高（2 2）方向性好）方向性好（3 3）相干性好）相干性好（4 4）抗電磁干擾能力強(qiáng)）抗電磁干擾能力強(qiáng)答案：答案：（3 3）原子可以通過自發(fā)輻射和受激輻射的方式發(fā)光，它們所發(fā)出的原子可以通過自發(fā)輻射和受激輻射的方式發(fā)光，它們所發(fā)出的光的特點(diǎn)是光的特點(diǎn)是（1 1）前者是相干光，后者是非相干光。）前者是相干光，后者是非相干光。（2 2）前者是非相干光，后者是相干光。）前者是非相干光，后者是相干光。（3 3）都是相干光。）都是相干光。（4 4）都是非相干光。）都是非相干光。練習(xí)練習(xí)3.3.答案：答案：（2 2）產(chǎn)生激光的必要條件是產(chǎn)生激光的必要條件是 ，激光的三個(gè)主要特性是激光的三個(gè)主要特性是 ， 練習(xí)練習(xí)5.5.練習(xí)練習(xí)4.4.激光器的基本結(jié)構(gòu)包括三部分，激光器的基本結(jié)構(gòu)包括三部分，即即 ， ，和，和 。工作物質(zhì)工作物質(zhì)激勵(lì)能源激勵(lì)能源光